人类圈与全球变化.doc

地球系统科学论文论文题目:姓名:学号:班级:专业:指导教师:完成时间:地球系统科学论文 摘要摘 要把人类作为最新地球圈层来研究是地球科学中一个重大理论问题。本文通过对全球系统的介绍，分析人类圈在全球系统中的位置，并从人类圈的内涵、系统功能和结构等方面论证了人类已成为地球的最新圈层。接着论述全球变化这一与国际科学界和各国政府密切关注的重大课题。本文把全球变化与人类圈的研究联系起来，用人类圈与其它地球圈层关系的演变来解释当今的全球变化，并对全球变化提出相应的建议，关键词：全球系统； 人类圈； 全球变化 地球系统科学论文 ABSTRACTABSTRACTTake humans as the latest of the Earth circle to study is a major theoretical issues in the Earth science. This paper describes the global system, and analyzes the position of human circle in the global system, and demonstrates the humans have become the latest circle in terms of spheres of human circle connotation, system functions and structures.Then discuss the major issues of global change which the international scientific community and governments are closely watched.In this paper,people take a research on global change and human circles ,and analyzes the evolution of the human circle and other spheres of the Earth to explain the relationship between todays global change,and make some recommendations to global change.Key words: Global system; human circle; global circle地球系统科学论文 目录目 录1.绪论12. 人类圈22.1 全球系统22.2 人类圈32.2.1 人类圈在全球系统中的地位32.2.2 人类圈的系统功能结构43.全球变化63.1全球变化的内涵63.2全球变化科学的产生与发展63.3 当代全球变化的性质74.人类圈对全球变化的影响95.全球变化的建议10 参考文献11 地球系统科学论文 绪论1.绪论 （1）研究背景长期以来，地球科学界对自己研究对象的认识一直存在着分歧。争论的焦点是，人类是地球的一部分还是地球之外的另一实体？当今，深入理解全球环境变化和可持续发展等问题的需要，使得地球科学必须对此作出科学的回答。最新地球圈层的提出和研究，为答复这一紧迫问题提供了可靠基础。 （2）研究意义 全球系统已有几十亿年演化史，但只有近几百年，尤其是近40-50年的全球变化特别引入注目。90年代开始实施的国际地圈生物圈计划又称全球变化计划，它主要研究十至百年时间尺度的当代全球变化，因为这种变化已直接关系到社会的发展和人类的前途，全球问题是全球变化中的问题，全球变化就是全球系统的变化，而当代全球变化又同人类圈的演化密切相关。因此，本文的讨论从全球系统开始，继之为人类圈，最后是当代全球变化中的一些基本理论问题。10地球系统科学论文 人类圈2. 人类圈2.1 全球系统 地球是个有机整体，即为地球系统，它包括整个地球。地球系统是地球系统科学的研究对象，它由地核、地慢和地球表层三部分构成。地球表层位于地球最外层，受地外环境影响最直接，变化最明显，引人注目的全球变化和困扰人类的全球间题都发生在地球的这一区域。为了与地理学上的地球表层概念相区别，同时也为了与全球变化和全球间题概念相对应，我们把地球系统的这一部分称为全球系统，它是地球系统中与人类关系最为密切的子系统1。（1）全球系统构成全球系统是由岩石圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈五大地球圈层构成。太阳系中的其它天体及银河系等天体体系为其地外环境，它们是全球系统存在的必要条件。假如没有太阳辐射的供给，全球系统就不复存在；假如太阳辐射的强度发生巨大变化，全球系统将是另一幅景象。地核和地慢是地球系统内部的两个子系统，但对全球系统而言，它们则是地内环境。前者对全球系统的长期变化影响显著, 而后者则是影响当今全球气候和生态变化的不可忽视的因素。全球变化就是全球系统的变化，就是构成全球系统诸要素及其关系的变化。这种变化不仅在长时间尺度上，就是在十至百年的短时间尺度上也是明显的。全球变化是在地内和地外环境作用的背景下，通过其内部的非线性过程实现的。（2）全球系统的定义迄今，对“地球系统”这一基本概念的理解仍无统一意见，归纳起来主要有：由地球无机界和有机界构成的整体；由除地核以外的地球无机界和有机界构成的整体；由岩石圈、大气圈、水圈和生物圈构成的整体；由地球无机界、有机界和人类构成的整体2。一般持第四种观点。地核是地球实实在在的一部分，把它排除在地球系统之外是难以为地球科学界所接受；人类也是地球实实在在的一部分，并在当今全球变化中起着巨大作用，若把它排除在地球系统之外，也难以认识全球变化和全球问题的实质和根源；地球是有层次的，目前科学界和各国政府特别关注的并不是作为地球整体的地球系统，而是比它低一个层次的全球系统。也就是说，现在当务之急是建立研究全球系统的全球系统科学，而不是研究整个地球系统的地球系统科学。现代全球系统科学将成为研究当代全球变化和全球问题的指南，迅速将它建立起来，不仅具有深远的理论意义，而且也有利于解决人们普遍关注的现实问题。2.2 人类圈我们对地球这一圈层的命名曾作过很多考虑，认为地球圈层的命名应有统一的标准。按传统习惯，这一标准就是自然实体。由于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈（狭义）分别以岩石、大气、水和生物这些自然实体来命名，因而以人类为自然实体的地球圈层应称为人类圈。人类圈在岩石圈、大气圈、水圈和生物圈这四个圈层之后形成，在所有的地球圈层中它形成的时间最晚，因而可称为最新地球圈层1。2.2.1 人类圈在全球系统中的地位地球圈层分化是全球系统演化的基本特征。全球系统的前身是原始岩石圈。原始大气圈是次生的，它主要来源于地内。由于原始地表温度高致使地表干燥没有海洋，没有江河湖泊。随着时间推移, 原始地表和大气的温度明显下降,大气中的丰富水汽就凝结成降水, 形成由江河湖海等构成的水圈2。形成水圈后，在大气圈和岩石圈激烈作用的地带, 实现了由化学进化向生命进化的转变。据化石记录和科学推测, 地球上生命约诞生于距今38亿余年前。生物在同其环境相互作用中不断向前发展, 经过30余亿年的演化不仅其自身分化出数百万种, 甚至数千万种生物, 占据海陆空广大空间, 而且也大大改变了岩石圈、大气圈和水圈的性质,从而为人类的出现和发展创造了良好的条件。人类大约在30万年前出现; 人类圈的历史更短, 只有500年的历史, 它是地球的最新圈层。全球系统由地球圈层构成, 在地球演化史上, 地球圈层不断递增, 从而使全球系统的演化呈现明显的阶段性, 根据全球系统中所含地球圈层的数量, 可将它分为四个系统演化期, 人类圈只是全球系统五元系统演化期的一个子系统（见图1）3。从图上可以清楚地看出: 随着时间的推移, 全球系统的等级层次不断提高, 离平衡态也更远。岩石圈5大气圈4水圈3生物圈2人类圈岩石圈4大气圈3水圈2生物圈1岩石圈3大气圈2水圈1岩石圈2大气圈1岩石圈1.五元系统演化期（距今约300万年前） .四元系统演化期（距今约38亿年前）.三元系统演化期（距今约44亿年前）.二元系统演化期（距今约45亿年前） .原始地球表层图1 全球系统的演化( 图右括号内的时间为系统演化期开始孕育的时间)确切的来说，大气、水、生物和人类的出现并不代表着地球圈层的出现，只有当它们发展到全球规模时，圈层才开始形成。全球系统演化期的起始时间应从新地球圈层开始形成时算起，但由于大气圈、水圈和生物圈形成时间目前还难以确定， 因而在这里，我们用其开始孕育的时间作为这些圈层，同时也作为新的系统演化期的起始时间4。其实，由于人类圈是最新的地球圈层，它离现在最近，人们对它了解比较具体和详细，其开始孕育和开始形成的时间可以区分。前已提及，圈层形成的基本标志之一是具有全球规模，对目前的人类来说，具有全球规模是十分明显的，它的历史也可追溯到地理大发现。2.2.2 人类圈的系统功能结构 人类圈是从地球系统演化、人类同地球自然界相互作用的角度来研究人类。它的基本组成是：地球上的人类；人造自然物，包括人造工具、各种建筑物、加工食品和其它人工产品等；作为其脑活动产物的文化（或信息库）；同人地关系密切相关的人与人之间的关系等1。人类圈的范围与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的范围重叠或部分重叠。它从地表起（即从人类直接进入的地表以下的深处起）,上限随时间而变动1。就目前而论，可把载人航天飞机飞行的高度作为它的上界。由于卫星通讯在信息流中的重要地位，可将通讯卫星的飞行高度作为副人类圈的上界。（1）可自控的开放系统人类圈是地球演化的最新产物,它同其它地球圈层之间不仅有物质和能量交换，而且还有信息交换，它是一种开放程度很高的系统。然而，它又同生物圈有重大区别，主要表现在只有人类圈才能通过信息流对这一整体的物质流和能量流进行有意识的自控。现在，人类已开始将自控和对全球系统的调控结合起来。1992年在巴西召开的“环境与发展”首脑会议，就是人类圈为实现经济和环境的协调发展，通过信息对当代全球系统的物质和能量过程进行调控的一个重要里程碑。（2）非全闭合的循环功能在地球的物质运动中, 循环是基本的运动形式。诸如大气环流、水循环、生物循环和地质循环等等。这是由于地球是个引力占绝对优势的系统, 它的一切主动运动都来源于由太阳辐射和地球内热等引起的斥力。与这些地球圈层相似, 人类圈的生产和消费也具有循环特征; 但其特殊性则在于它的非全闭合性。人类圈从环境输入的资源可分为两类,即可再生资源和非再生资源。在人类圈的孕育时期,人类利用的资源基本上是可再生资源,这种资源“渗漏”较少。自人类圈开始形成以来,随着工业的发展、人口的增长和生活水平的提高,人类对非再生资源的依赖日益增强和对可再生资源的破坏,使得资源的“渗漏”更为明显。（3）文化居支配地位的三元结构 系统结构决定其功能，也在其功能中得到体现。根据生产和消费循环这一基本功能，可将人类圈的结构分为产业体系、需求水平和文化状况三个子系统（见图2）。文化状况 需求水平产业体系图2 人类圈的结构 人类的需求是多种多样的,诸如物质需求、文化需求和生态环境需求等。其中物质需求是基础,所受限制也最为严格。 产业是满足人类需求的基本手段,通常把它分为农业、工业、服务业和信息业等,在每一产业内部还可作进一步区分。产业体系就是这些产业及其关系。当今的产业体系是以传统工业为基础,以掠夺资源和牺牲环境为代价,因而它难以持久。在人类圈的研究中,文化主要是指地球观,及与人地关系有关的科学和决策管理等。在人类圈结构中文化居支配地位。文化具有明显的阶段性,现在占统治地位的是近代文化。这是一种以人对地球自然界征服或统治为主要特征的文化。地球系统科学论文 全球变化3.全球变化全球变化一词最早于20世纪70年代为人类学家所使用，当时的国际社会科学团体使用“全球变化”一词表述人类社会、经济和政治系统愈来愈不稳定, 特别是国际安全和生活质量逐渐降低这一特定现象。3.1全球变化的内涵就目前的发展阶段而言，全球变化仍然是一个非常年轻的学科，其学科内涵仍处于不断丰富和发展的过程。全球变化是指对人类现在和未来生存与发展有重要的直接或潜在影响、由自然因素或人类因素驱动在全球范围内所发生的地球环境的变化，或与全球环境有重要关联的区域环境的变化。全球变化的科学目标是描述和理解人类赖以生存的地球环境系统的运转机制以及它的变化规律和人类活动对地球系统的影响，从而提高对未来环境变化及对人类社会发展影响的预测和评估能力5。其研究对象包括了地球大气圈、水圈、生物圈和岩石圈之间的物理、化学、生物的作用的过程，以及任何环境之间的相互作用过程，如全球变化的过程和驱动力、全球变化在时间和空间上的表现、全球变化对人类社会的影响以及全球变化信息获取和分析等方面。3.2全球变化科学的产生与发展人类的生存依赖于地球资源与环境，但在人类发展的历史长河中，人类对地球资源的摄取和对地球环境的改造获得总体上影响很小。自人类社会进入工业时代后，人类改造自然和开采、利用地球资源的能力得到飞速发展。人类在创造巨大工业文明的同时，也给地球带来了深刻影响。自19世纪以来，人类日益认识到地球环境正在发生渐进的或突然的变化，有关地球环境变化及其对人类影响的研究逐步发展。 在20世纪中期，二战结束后，社会经济和科学技术的发展都进入了一个快速通道，使地球环境在面临巨大挑战的同时，也为地球环境的保护带来了重要机遇。一方面，人类社会以空前的广度和强度对地球环境带来深刻的影响，大气污染、温室效应加剧、地球臭氧层损耗、土地退化和沙漠化、水资源短缺与水污染、海洋环境恶化、森林锐减、生物多样性减少、垃圾成灾、人口剧增等一系列全球变化问题日益凸显；另一方面，由于科学研究投入的增多，科学技术迅猛发展、人类对地球未来的日益关注，对地球气候和环境的变化问题开展全面深入研究的需求和能力均明显增强6。20世纪70年代末至80年代初，一些国际组织和机构积极发起和推动以“全球变化”为主题的研究计划和研究活动，关注自然和人为因素引起的并作用于自然生态系统和人类社会的地球环境的变化。随之，全球变化研究得到了国际科学界的广泛认同，相应的科学研究组织和计划逐步设立，目前已经形成了以国际四大研究计划为主体、各国研究机构和科学家为骨干、跨学科科学组织为支撑的全球变化科学研究组织体系。全球变化科学在过去20多年间取得了令人瞩目的大量研究成果，发展十分迅速。当前，全球变化科学的重点方向已从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主，开始更多地关注与可持续发展相联系的应用研究，并特别关注全球变化的区域响应，提出了人类社会对全球变化的适应与恢复问题，同时更加强调多学科集成研究的方法与途径。在这一发展过程中，人类对地球环境及其变化的认识得到全面提升，人类应对环境问题的规范、适应、减缓和恢复等能力得到有效改善。3.3 当代全球变化的性质 自从全球系统诞生以来，它总在不断发生变化。在地球演化史上，全球变化主要采取两种形式：即渐变和突变。与渐变相比， 突变在系统演化中更为明显和重要。当代全球变化之所以引起人们的普遍关注，是由它的性质决定的。目前全球系统高度不稳定，结构正在发生巨大变化，表明全系统正处于新的突变期7。（1）新突变期的标志之一: 全球问题的出现。全球问题是全球系统在变化中出现的重大问题。当代全球问题主要指人口膨胀、资源匮缺和生态环境恶化等问题。近几十年来，这些问题几乎突然出现在人类面前， 并日趋严重。为解决这些问题，采取单一措施都是无济于事的，只有世界各国联合起来，采取综合措施寸能奏效8。（2）新突变期的标志之二: 基本循环功能的严重失调。 全球系统是一个复杂的多层次的物质循环网络, 它是由各地球圈层的物质循环构成。在该网络中，循环形式不仅具有不同的性质和规模，就是在时间尺度上也有明显差异。其中，有些物质循环的时间尺度与人类圈中的生产和消费循环的时间尺度相当，也有些物质循环的时间尺度可同地质时代相比。就人类圈利用资源的角度而言，前者是可再生的，而后者则是不可再生的9。近40-50年以来，人类圈生产和消费循环的规模迅速扩大，形式也在增多。由于这种循环是建立在同其它地球圈层物质和能量交换的基础之上；因而随着人类圈的演化，周期物质循环在地贡时期积累起来的非再生资源（如石油、天然气、和煤炭等）被迅速消耗，一些可再生资源的良性循环和优美环境也遭到破坏，正是这种基本循环功能的严重失调引起了一系列全球问题。（3）新突变期的标志之三: 结构崎变。 全球系统的结构是经常发生变化的，但目前的变化已远远超出正常范围，主要表现在五大地球圈层（尤其是人类圈同其它地球圈层）关系的畸变，即人类圈在全球系统中地位的迅速上升，并对其它地球圈层正常秩序造成严重干扰，进而又反过来制约着人类圈的发展。这种正反馈过程目前仍在加速向前推进。地球系统科学论文 人类圈对全球变化的影响4.人类圈对全球变化的影响 当代全球变化的原因与以往不同，既不是由地外环境引起，也不是由地内环境引起，甚至也不是由全球系统内部的地球自然圈层自身原因引起的，它的原因主要是人类圈的演化。 对于全球系统变化来说，自然原因是主要的。 例如，冰期和间冰期的更替，全球系统的季节变换等都取决于自然因素。然而，若对于人们目前特别关注的以十年或百年为时间眨度的全球不可逆变化来说，自然因素是相对稳定的，其原因主要来自人类圈，即主要由于较低水平人类圈的迅速膨胀，并在全球系统变化中占主导地位。人类圈的较低水平主要表现在：（1）人口数量剧增（许多人口学家和人类家认为，现世界人口已超过地球承载能力）；（2）健康不佳和文化水平低的人口所占比重大；（3）掠夺式的地球观在很大程度上支配着人们的行动；（4）决策常有重大失误(造成的损失甚至比自然灾害还大)；（5）高消耗资源和高消费的经济模式等10。 在当今全球系统的变化中，人类圈的主导作用是明显的，全球系统的结构畸变和循环功能的严重失调都根源于较低水平人类圈的迅速膨胀；大量天然自然变成人工自然，大量物种灭绝使地球上生物多样性明显减少，臭氧层破坏、海洋和陆地水的污染、酸雨以及陆地沙漠化等都与人类活动密切相关，人类已成为当今全球变化的主要地质力量。地球系统科学论文 全球变化的建议5.全球变化的建议全球系统的新突变期是一高度不稳定的时期，对内外扰动异常敏感。它既是一种灾难，也是将其推向更高发展阶段的机遇，其前景主要取决于人类圈的行动。全球系统的演化是一个向远离平衡态推进的过程，它所需要的条件越来越苛刻，因而也越来越脆弱。在进化还是退化的关键时期，人类必须谨慎从事，争取一个美好的未来。为此，应该提高人类圈素质，改变当代全球系统的崎变结构，建立以循环及其形式递增为基础的发展模式，促进社会经济的持续发展和各地球圈层的协同共进。（1）树立协同共进的地球观，发展科学技术，坚持可持续发展实现人类社会可持续发展，必须维持区域发展、国家间发展基本均衡。在当前应对全球变化挑战过程中，国际社会应遵循“共同但有区别的责任”的原则上发展相关的科学技术，统筹兼顾人与自然的和谐和人类社会自身的和谐，给出科学的、切实可行的（特别是对发展中国家切实可行的）减排和适应方案。（2） 控制人口数量，促进人类生产和生活方式的根本性的转变长期以来，人类习惯于从自然索取，缺乏保护自然的观念和能力，人类对能源和其他自然资源的过度消耗，引发了巨大的自然灾难，人类的生存受到了威胁。应对全球变化从根本上要求人类改变现有生产和生活方式，努力减少资源的消耗和能源的浪费。世界一些国家